“Ansys 2025 全球仿真大會”仿真應用大賽優秀作品展示

本屆仿真應用大賽最終評選出 30 篇 TOP 優秀作品，分別榮獲一、二、三等獎及行業最佳實踐獎。近 200 位來自汽車、半導體、高科技、能源等行業的仿真精英參賽，他們以前沿思維與創新實踐，充分展現了仿真技術的無限潛能。我們將陸續為大家分享獲獎佳作，帶您一同領略仿真賦能創新的非凡力量，希望用戶能從中汲取靈感、啟迪思路。

作品名稱：基于 Ansys Fluent 的旋流解吸器氣液傳質強化與 PBM 仿真研究

作者： 李炎杰 | 華東理工大學 碩士研究生

關鍵詞：平板旋流解吸器，Ansys Fluent，群體平衡模型（PBM），硫化氫脫除

作者說

從平板旋流解吸器研發實踐看，Ansys Fluent 的多相流與群體平衡模型（PBM）耦合能力，精準攻克了旋流場中氣泡破碎、聚并及氣液傳質耦合等微觀瞬態過程的觀測難題。其參數化仿真功能，讓射流口、旋流腔等關鍵結構的優化迭代擺脫了傳統實驗的桎梏，可直接通過仿真定量分析驗證。而仿真與實驗數據的高度契合，不僅筑牢了模型可靠性根基，更幫我們實現從 “現象觀察” 到 “機制解析” 的跨越，深刻體會到 Ansys 工具在突破實驗邊界、加速新型氣液分離設備研發中的獨特賦能。

氣液傳質分離是化工、環保領域硫化氫脫除的核心過程，廣泛應用于油氣凈化、廢水處理等工業場景。傳統脫氣技術如篩板塔、填料塔依賴重力場驅動傳質，存在氣液接觸不充分、脫除效率低、能耗高的問題，且實驗法優化設備結構周期長、成本高昂。本研究設計新型平板旋流解吸器（PCD），通過旋流場強化氣液剪切與混合效應突破傳統局限。華東理工大學依托 Ansys Fluent 仿真平臺，耦合多相流模型與群體平衡模型，精準模擬旋流場中氣泡破碎、聚并動態及傳質規律，快速迭代優化射流口尺寸、旋流腔高度等關鍵參數。仿真結果與實驗高度吻合，最終實現硫化氫脫除效率 75.7%，體積傳質系數較傳統設備提升 5-13 倍，大幅縮短工業氣液分離設備的研發周期與試錯成本。

挑戰/需求

傳統脫氣設備依賴重力傳質，氣液接觸不充分致脫除效率低、能耗高；新型平板旋流解吸器（PCD）借旋流場強化傳質，但其內氣泡破碎 / 聚并與氣液傳質的耦合機制屬微觀瞬態過程，實驗難以精準捕捉；同時，射流口尺寸、旋流腔高度等關鍵參數的實驗優化周期長、成本高 。需依托 Ansys Fluent 耦合多相流與群體平衡模型（PBM），定量模擬旋流場特性與傳質規律，支撐 PCD 高效設計迭代。

使用工具

Ansys Fluent，Ansys DesignModeler，Ansys CFD-Post

最終成果

傳統脫氣設備依賴重力傳質，體傳質系數僅 0.03~0.05 s?1，H?S 脫除效率不足 55%，能耗高，液硫等高黏度體系中傳質效率再降 30%。新型平板旋流解吸器（PCD）借旋流場可將體傳質系數提升至 0.16 s?1（傳統 5~13 倍），但氣泡破碎 / 聚并與傳質的微觀耦合機制實驗難捕捉，關鍵參數優化周期長、成本高。依托 Ansys Fluent 耦合多相流與 PBM 模型，可定量模擬旋流場與傳質規律，支撐 PCD 高效設計。

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